在空心陰極燈兩個電極間加上一定電壓時，陰極燈開始輝光放電，電子從空心陰極射向陽極，并與周圍惰性氣體碰撞使之電離。帶正電荷的惰性氣體離子在電場作用下連續轟擊陰極表面，陰極表面的金屬原子發生濺射，濺射出來的金屬原子在陰極區受到高速電子及離子流的撞擊而激發，從而輻射出具有特征譜線的銳線光譜。
空心陰極燈使用的秘訣
(1)打開燈電源開關后，應慢慢將電流調至規定值，聚然將燈電流升至規定值會使陰極表面發生噴射，影響燈的使用壽命，嚴重時還會使陰極遭到破壞。
(2)空心陰極燈如長期擱置不用，將會因漏氣、氣體吸附等原因而不能正常使用，甚至不能點燃。所以，每隔3—4個月，應將不常用的燈通電點燃2—3個小時，以保持燈的性能并延長其使用壽命。
(3)空心陰極燈使用一段時間以后會衰老，致使發光不穩，強度減弱，噪聲增大和靈敏度下降。在這種情況下可用激活器加以激活。或者把空心陰極燈的陰極和陽極反接后在規定的最大工作電流通電半小時。多數空心陰極燈在經過激活處理后其使用性能在一定程度上得到恢復，延長燈的使用壽命。
(4)使用低熔點元素(如As、Se等)的空心陰極燈時，應避免有較大的振動，用畢不能立即更換其他燈，需要冷卻后再換。
(5)取放或裝卸空心陰極燈時，應拿燈座，不要拿燈管，更不要碰燈的石英窗口，以防止燈管破裂或窗口被沾污，異致光能量下降。如發現窗口有油污、手印或其他污垢，可用脫脂棉沾上1：3的酒精和乙醚的混合液來輕輕擦試(潮濕天氣可加大乙醚比例)。
(6)空心陰極燈一旦打碎，陰極物質暴露在外面，為了防止陰極材料上的某些有害元素影響人體健康，應按規定對有害材料進行處理，切勿隨便亂丟。
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